Title

ANÁLISE DO COMPORTAMENTO BALÍSTICO DE COMPÓSITO HÍBRIDO DE MATRIZ EPÓXI REFORÇADO COM TECIDO DE SISAL E ARAMIDA

ANALYSIS OF THE BALLISTIC BEHAVIOR OF AN EPOXY MATRIX HYBRID COMPOSITE REINFORCED WITH SISAL AND ARAMID FABRICS

Authorship

NASCIMENTO, GUILHERME RODRIGUES DO; SOUSA, LAURA SETTI DE; SILVA, PEDRO HENRIQUE LIMA; NARCISO, MURILO MIGUEL; LIMA, TIAGO BUSNELLO; MAIA, MATHEUS ASSIS; ANGELO, RAPHAEL ABUID CANEDO; RIBEIRO, ROGER WENDEL DA FROTA; MONTEIRO, SERGIO NEVES

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RIBEIRO, ROGER WENDEL DA FROTA

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DOI

10.5151/2594-5327-41954

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Abstract

Compósitos híbridos são combinações de dois ou mais materiais em uma matriz. Esses compósitos reforçados com fibras naturais e sintéticas vêm sendo investigados para aplicações balísticas visando a uma relação mais eficiente entre desempenho, custo e sustentabilidade. Nesse contexto, o presente estudo avaliou o comportamento balístico de compósitos híbridos constituídos por tecidos de sisal e aramida em matriz epóxi, considerando cinco diferentes configurações de empilhamento ( 4A, 4S, 1A/1S, 2A/2S, 1A/2S/1A). O estudo investigou se a utilização desses compósitos híbridos reduziu o custo da blindagem sem prejudicar desproporcionalmente o desempenho balístico. As amostras foram produzidas por laminação manual, seguida de cura sob pressão controlada. O desempenho balístico foi avaliado por meio de disparos com munição 9 mm, nível de proteção III-A, e os resultados foram analisados estatisticamente pelo método da análise de variância (ANOVA) e pelo teste de Tukey. A configuração formada exclusivamente por aramida apresentou melhor desempenho específico, enquanto as configurações híbridas apresentaram desempenho inferior, porém superior ao do compósito formado apenas por fibras naturais. Em seguida, foi feita uma análise visual da integridade das placas e das cavidades dos disparos nas placas para analisar os mecanismos de falha do compósito. Por fim, através da análise econômica comprovou-se a viabilidade econômica da substituição parcial da aramida pelo sisal em blindagens, com uma economia de aproximadamente 46,48% do preço por quilograma da blindagem. Os resultados obtidos confirmam o potencial do compósito híbrido com fibras de sisal e aramida, mais especificamente as configurações 1A/1S, 2A/2S e 1A/2S/1A, como alternativa eficiente, econômica e sustentável para blindagens leves.

HYBRID COMPOSITES REINFORCED WITH NATURAL AND SYNTHETIC FIBERS HAVE BEEN INVESTIGATED FOR BALLISTIC APPLICATIONS DUE TO THEIR BALANCE BETWEEN PERFORMANCE, COST, AND SUSTAINABILITY. IN THIS CONTEXT, THE PRESENT STUDY EVALUATED THE BALLISTIC BEHAVIOR OF HYBRID COMPOSITES COMPOSED OF SISAL AND ARAMID FABRICS IN AN EPOXY MATRIX, CONSIDERING FIVE DIFFERENT STACKING CONFIGURATIONS. THE SAMPLES WERE PRODUCED BY MANUAL LAMINATION FOLLOWED BY CURING UNDER CONTROLLED PRESSURE. BALLISTIC PERFORMANCE WAS ASSESSED USING 9 MM AMMUNITION, PROTECTION LEVEL III-A, AND THE RESULTS WERE STATISTICALLY ANALYZED USING ANALYSIS OF VARIANCE (ANOVA) AND TUKEY’S TEST. THE CONFIGURATION COMPOSED EXCLUSIVELY OF ARAMID SHOWED THE BEST SPECIFIC PERFORMANCE, WHILE THE HYBRID CONFIGURATIONS EXHIBITED LOWER PERFORMANCE, ALTHOUGH SUPERIOR TO THE COMPOSITE MADE SOLELY WITH NATURAL FIBERS. A VISUAL ANALYSIS OF THE PLATE INTEGRITY AND THE IMPACT CAVITIES WAS SUBSEQUENTLY CARRIED OUT TO INVESTIGATE THE COMPOSITE FAILURE MECHANISMS. FINALLY, AN ECONOMIC ANALYSIS DEMONSTRATED THE COST-EFFECTIVENESS OF PARTIALLY REPLACING ARAMID WITH SISAL IN ARMOR SYSTEMS, RESULTING IN A COST REDUCTION OF APPROXIMATELY 46.48% PER KILOGRAM OF ARMOR. THE RESULTS CONFIRM THE POTENTIAL OF THE HYBRID COMPOSITE WITH SISAL AND ARAMID FIBERS AS AN EFFICIENT, ECONOMICAL, AND SUSTAINABLE ALTERNATIVE FOR LIGHTWEIGHT BALLISTIC PROTECTION.

Keywords

Compósito híbrido, Fibra de Sisal, Fibra de Aramida, Desempenho balístico